用于重型货车的纵向构件的制作方法

本发明还涉及包括这样的纵向构件的重型货车结构以及用于制造这样的纵向构件的方法。

在常规的机动车辆中，纵向构件，也称为纵梁，被布置成在冲击的情况下通过吸收所述冲击的一部分能量并且通过防止车厢(纵向构件在其下方延伸)的底板结构变形来保护车厢及其乘客。

为此，纵向构件可以包括可变形部分和不可变形部分，所述可变形部分从发生冲击的纵向构件的端部延伸并且被布置成沿其轴线压溃或压曲(buckle)以吸收能量，所述不可变形部分从前部的与发生冲击的端部相反的端部延伸并且被布置成在冲击的影响下保持不变形。在正面冲击的情况下，可变形部分被布置在车厢前面并且例如在被布置成容纳车辆的发动机的空间中延伸，而不可变形部分在车厢下方延伸以防止底板结构变形。在后面冲击的情况下，可变形部分在车厢后面延伸，例如在车辆的储存空间下方延伸，并且不可变形部分在车厢下方延伸。换句话说，纵向构件被布置成使得冲击被施加在可变形部分上，而不可变形部分远离冲击点延伸。

这种布置是有利的，因为机动车辆包括在车厢前面和后面的空间，其可以用于通过纵向构件的变形来吸收能量而不会引起可能伤害车辆乘客的车厢变形。

通过用易延展材料形成可变形部分并用高强度部分形成不可变形部分，可以获得纵向构件的这种行为。

然而，这样的布置不适合于对其中车厢在车辆前部延伸的重型货车或卡车的正面冲击。实际上，在这种情况下，提供被布置成使得冲击被施加于可变形部分的可变形部分将导致驾驶员和可能的乘客就座的车厢在冲击期间被挤压。因此，如果将上述纵向构件布置在重型货车中，则上述纵向构件对于车辆的乘员将是危险的。

鉴于该问题，重型货车中的纵向构件通常被布置成具有更连续的行为，其中能量吸收在纵向构件的整个长度上均匀分布。换句话说，整个纵向构件在冲击的情况下变形，使得乘员就坐的空间的变形减小。

然而，这样的解决方案仍然不能令人满意，因为在正面冲击的情况下，乘员就座的空间仍然会变形，这可能对乘员造成伤害。

本发明的目的之一是通过提出用于重型货车的纵向构件来克服以上缺点，所述纵向构件在冲击的情况下具有令人满意的行为。

为此，本发明涉及前述类型的纵向构件，其中前部的壁厚乘以前部的材料的屈服强度的乘积大于后部的壁厚乘以后部的材料的屈服强度的乘积。因此，根据本发明的纵向构件允许通过纵向构件的后部(即，远离冲击点并且远离车辆乘员就坐的空间)的变形来吸收冲击的能量，而所述空间通过在冲击期间基本上不变形的纵向构件的前部而保持受到保护。更具体地，纵向构件的后部例如被布置在车厢的后部空间下方，该后部空间通常是储存空间并且当车辆行驶时并不用来容纳乘客。因此，该纵向构件在车厢被冲击的情况下改善了对车辆乘员的保护。

纵向构件的具体特征在权利要求2至12中进行了叙述。

本发明还涉及重型货车结构，其包括重型货车车身和通过至少一个如上所述的纵向构件附接至所述车身的重型货车车厢。

重型货车结构的具体特征在权利要求14至16中进行了叙述。

本发明还涉及用于制造如上所述的纵向构件的方法，其包括以下步骤：

-提供前部坯件和后部坯件，

-将前部坯件接合至后部坯件以获得构件坯件；以及

-将构件坯件热压成形成纵向构件的形状，所述纵向构件包括前部和后部，使得前部的壁厚乘以前部的材料的屈服强度的乘积大于后部的壁厚乘以后部的材料的屈服强度的乘积。

该方法的具体特征在权利要求18至22中进行了叙述。

本发明的其他方面和优点将在阅读通过实例给出并参照附图做出的以下描述后呈现，其中：

-图1是根据本发明的纵向构件的透视图，

-图2是根据本发明的重型货车结构在重型货车的正常使用中的侧视图，

-图3是图2的重型货车结构的侧视图，其中车厢相对于车身处于倾斜位置，以及

-图4是图2的重型货车结构在冲击之后的侧视图。

在以下描述中，术语“后部”和“前部”根据安装的车辆的通常方向来定义。术语“纵向”根据车辆的前部-后部方向来定义。

参照图1，将描述用于重型货车的纵向构件1或纵梁。这样的重型货车，也称为卡车或货车，是重量为3.5吨或更大的车辆。这样的重型货车的结构包括：携带车轮和例如用于附接货车拖车的装置的车身2，以及通过一个或更多个如随后更详细地描述的纵向构件1附接至车身2的车厢4。

当纵向构件1安装在车辆中时，纵向构件1在前端6与后端8之间沿纵向方向延伸。前端6设置有铰接元件10，铰接元件10被布置成用于将纵向构件1以铰接方式附接至车身2，如随后将描述的。后端8设置有附接元件12，附接元件12被布置成将纵向构件1以非永久方式附接至车身2，如随后将描述的。

纵向构件包括在纵向构件1的前端6与纵向构件1的中间区域16之间延伸的前部14和在中间区域16与后端8之间延伸的后部18。因此，前部14和后部18彼此相邻并且被中间区域16分开。

根据图1所示的实施方案，前部16包括在前端6与相对端22之间沿第一纵轴a延伸的第一部20和从相对端22延伸至中间区域16的具有肘形状的第二部24。这意味着第一部14主要沿第一纵轴a在第一部14的肘状第二部24之外延伸。后部18沿与第一纵轴a不同且平行于第一纵轴a的第二纵轴b从中间区域16延伸至后端8。第二部24的肘形状将前部14的第一部20接合至后部18，并且包括在第一纵轴a与第二纵轴b之间倾斜并且在相对端22与中间区域16之间延伸的倾斜部分26。纵向构件的这种形状通过实例的方式给出，并且纵向构件1可以具有另外的形状，例如其中第一纵轴和第二纵轴重合的直线形状。

根据图1所示的实施方案，纵向构件1在垂直于第一纵轴a和第二纵轴b的平面中具有u形截面。因此，纵向构件1包括底部28和垂直于底部28的两侧并在底部28的两侧上延伸的两个分支30。u朝向车厢4打开，意味着分支30在底部28与车厢4之间延伸。

在垂直于第一纵轴a和第二纵轴b的同一平面中，底部28的壁厚等于分支30的壁厚，而所述厚度可以沿纵向方向变化。

沿纵向方向测量的前部14的长度大于沿纵向方向测量的后部18的长度。更具体地，前部14的长度基本上等于被布置成车厢4中容纳乘员的空间的长度，并且后部18的长度与在冲击的情况下被后部18吸收的能量的量成比例，如随后将描述的。例如，前部14的长度在80cm至130cm之间，并且后部18的长度在30cm至60cm之间。

前部14和后部18被布置成使得前部14的壁厚tf乘以前部14的材料的屈服强度ysf的乘积pf大于后部18的壁厚tr乘以后部18的屈服强度ysr的乘积pr。换句话说，前部14和后部18被布置成以便符合下式：pf＝tf*ysf，pr＝tr*ysr并且pf>pr。

这意味着对应于后部18的塑性开始的载荷低于对应于前部14的塑性开始的载荷。换句话说，当高于给定阈值的载荷被施加至纵向构件1时，后部18形成可变形部分，而当所述载荷被施加至纵向构件1时，前部14保持不变形。纵向构件1的这种行为在对重型货车前部的冲击的情况下是令人满意的，如随后将描述的。

例如，前部14的壁厚tf基本上在0.6mm至3mm之间。例如，前部14的材料的屈服强度ysf基本上在960mpa至1550mpa之间。前部14的壁厚tf和屈服强度ysf例如在沿纵向方向测量的前部的整个长度上是恒定的。在另一个实施方案中，前部14的壁厚tf和屈服强度ysf在沿纵向方向测量的前部的整个长度上变化。在这种情况下，考虑最低壁厚和最低屈服强度来确定乘积pf。

前部14的这样的屈服强度可以利用具有高抗拉强度，例如大于1200mpa的抗拉强度的压制硬化钢部件获得。

这样的钢的组成可以以重量％计包含例如：0.15％≤c≤0.5％、0.5％≤mn≤3％、0.1％≤si≤1％、0.005％≤cr≤1％、ti≤0.2％、al≤0.1％、s≤0.05％、p≤0.1％、b≤0.010％，剩余部分为铁和由加工产生的不可避免的杂质。

根据另一个优选的实施方案，钢组成以重量％计包含例如：0.20％≤c≤0.25％、1.1％≤mn≤1.4％、0.15％≤si≤0.35％、≤cr≤0.30％、0.020％≤ti≤0.060％、0.020％≤al≤0.060％、s≤0.005％、p≤0.025％、0.002％≤b≤0.004％，剩余部分为铁和由加工产生的不可避免的杂质。在该组成范围内，压制硬化部件的抗拉强度在1300mpa至1650mpa之间。

根据另一个优选的实施方案，钢组成以重量％计包含例如：0.24％≤c≤0.38％、0.40％≤mn≤3％、0.10％≤si≤0.70％、0.015％≤al≤0.070％、cr≤2％、0.25％≤ni≤2％、0.015％≤ti≤0.10％、nb≤0.060％、0.0005％≤b≤0.0040％、0.003％≤n≤0.010％、s≤0.005％、p≤0.025％，％，剩余部分为铁和由加工产生的不可避免的杂质。在该组成范围内，压制硬化部件的抗拉强度大于1800mpa。

这样的钢具有非常高的机械特性，这使得其适合于形成纵向构件1的前部14，因为所述前部14在乘客就坐的乘客车厢的空间下方延伸并且参与该空间的不可变形性，如随后将描述的。这样的钢的显微组织包含大分数的马氏体。

例如，后部18的壁厚tr基本上在0.6mm至3mm之间。例如，后部18的材料的屈服强度ysr基本上在350mpa至950mpa之间。例如，后部18的壁厚tr和屈服强度ysr在沿纵向方向测量的前部的整个长度上是恒定的。在另一个实施方案中，后部18的壁厚tr和屈服强度ysr在沿纵向方向测量的后部的整个长度上变化。在这种情况下，考虑最高壁厚和最高屈服强度来确定乘积pr。

后部18的这样的屈服强度可以利用具有低抗拉强度，例如大于350mpa且低于800mpa的抗拉强度的压制硬化钢部件来获得。

这样的钢的组成可以以重量％计包含例如：0.04％≤c≤0.1％，0.3％≤mn≤2％，si≤0.3％，ti≤0.08％，0.015％≤nb≤0.1％，al≤0.1％，s≤0.05％，p≤0.1％，cu、ni、cr、mo小于0.1％，剩余部分为铁和由加工产生的不可避免的杂质。这样的钢的显微组织包含低分数的马氏体或者甚至没有马氏体。在任何情况下，前部14的显微组织中马氏体的分数都大于后部18的显微组织中马氏体的分数。

后部18的弯曲角例如大于75°，优选地大于80°，这赋予后部18以良好的延性特性。弯曲角根据vda-238弯曲标准在由两个辊支撑的60x60mm²压制硬化部件上确定。通过0.4mm半径的尖锐冲头施加弯曲力。辊与冲头之间的间距等于被测试部件的厚度，增加0.5mm的间隙。检测到裂纹出现，因为它与载荷-位移曲线中的载荷降低一致。当载荷降低超过其最大值的30n时，测试中断。在卸载之后并因此在试样回弹之后测量每个样品的弯曲角(a)。沿每个方向(轧制方向和横向)使五个样品弯曲以获得弯曲角的平均值aa。

前部14和后部18可以具有相同的壁厚。然而，根据一个实施方案，前部14的壁厚tf大于后部18的壁厚tr。

根据一个实施方案，前部14和后部18涂覆有基于锌的涂层(即，锌形成涂层的主要部分)或者基于铝的涂层(即，铝形成涂层的主要部分)。涂层例如可以包含锌、铝(约3.7％)和镁(约3％)。

上述纵梁1通过将由前部14的材料制成的平坦前部坯件接合至由后部18的材料制成的平坦后部坯件以形成构件坯件并且将所述坯件热压成形成纵向构件。

平坦前部坯件具有前部14的壁厚并且由前部14的材料制成。平坦后部坯件具有后部18的壁厚并且由后部18制成。为了将前部坯件接合至后部坯件，将坯件并排放置使得它们的相邻端接触在一起。该放置被布置成使得前部坯件和后部坯件不重叠，意味着构件坯件不包括具有两个层(其中一个层由前部坯件形成且另一个层由后部坯件形成)的区域。然后，将前部坯件和后部坯件的相邻端接合在一起，例如通过焊接。更具体地，焊接例如是激光焊接步骤。

将构件坯件成形成纵向构件是例如热冲压步骤或热压成形步骤，在此期间构件坯件获得u形截面并且在此期间使具有肘形状的第二部24成形。在热冲压之后，所获得的纵向构件使得pf大于pr。

然后可以通过施加基于锌的涂层或基于铝的涂层来对所获得的纵向构件进行镀覆。

然后将铰接元件10附接至纵向构件的前端6，并且然后将附接元件12附接至纵向构件的后端8。铰接元件10例如由从纵向构件1的底壁28突出的两个接片形成，每个接片在一个分支30的连续体中延伸。接片例如设置有用于旋转地接收设置在车身2上的相应销的孔。附接元件12由适于与设置在车身2上的相应锁定元件以非永久方式配合的任何装置形成。根据图中所示的实施方案，附接元件12例如由携带平行环31的板形成，所述平行环31限定纵向壳体，所述纵向壳体被布置成接收以轴形式设置在车身上的相应锁定元件，如图2所示。或者，铰接元件10和/或附接元件12可以被制成与纵向构件1一体的并且可以在构件坯件的成形步骤期间获得。

上述纵向构件是车厢的底板结构的一部分，并且例如通过分支30的自由端附接至被布置成封闭纵向构件的u形截面的底板面板。因此，纵向构件1在底板结构下方延伸。根据一个实施方案，底板结构包括附接在底板面板的两侧上的两个纵向构件1。这意味着底板结构包括在底板面板下方沿车厢的左侧和右侧延伸的两个平行的纵向构件。

纵向构件1的前部14在车厢4的前部空间32下方延伸，驾驶员和乘客的座椅位于该前部空间32处，而纵向构件1的后部18在车厢4的后部空间34下方延伸，该后部空间34提供储存空间。根据图中所示的实施方案，后部18也在附接至车身2的发动机室36(在图2至图4中以虚线示出)上延伸。前部14的第二部24被布置成允许改变纵梁1相对于车身2和发动机室36的高度，使得发动机室36可以容纳在车厢4的后部空间34下方，如图2所示。

如前所述，纵向构件1通过铰接元件10并通过附接元件12附接至车身2。这样的车身2被布置成除了车厢之外还携带车辆的车轮、发动机室36、和货车拖车，例如通过用于将货车拖车附接至车身的装置。车身2由包括用于附接以上元件的必要装置的金属底盘形成。金属底盘例如由钢制成，其壁厚在8mm至15mm的范围内。因此，车身2具有高抗拉强度，适于抵抗大的冲击而不发生金属底盘的变形。

车身2包括至少一个互补铰接元件38，互补铰接元件38被布置成与纵向构件1的铰接元件10配合，使得纵向构件通过其前端6铰接至车身2。互补铰接元件38例如由销形成，所述销旋转地插入形成纵向构件1的铰接元件10的接片的相应孔中。旋转轴横向地(即，沿纵向的垂直方向)延伸。当两个纵向构件1设置在车厢上时，车身2包括两个互补铰接元件38，两个互补铰接元件38各自与一个铰接元件10配合。

因此，铰接元件10和互补铰接元件38形成铰链39，铰链39将纵向构件1的前端铰接至车身2的前端，使得在图2所示的正常使用位置与图3所示的倾斜位置之间通过两个纵向构件1将车厢4在其前部铰接至车身2。车厢4的这种倾斜在重型货车中是常规的，以便进入发动机室36进行维护或修理操作，因为如前所述，发动机室36在车厢4的后部空间34下方延伸。

由铰接元件10和互补铰接元件38形成的铰链39被布置成当沿纵向方向向纵向构件1的前端6施加等于或大于预定载荷的外部载荷时断开。预定力是基本上等于80kn的力的实例，并且对应于在正面冲击(该冲击的一部分能量需要进行能量吸收)的情况下沿纵向方向施加至纵向构件的最小外部载荷。

车身2还包括至少一个锁定元件40，该锁定元件40被布置成与纵向构件1的附接元件12配合，使得纵向构件通过其后端8以非永久方式附接至车身2。锁定元件40由适于与附接元件12配合的任何装置形成，用于将纵向构件1通过其后端8附接在锁定位置，使得当锁定元件40处于锁定位置时，纵向构件1的后端8不会相对于车身2移动，使得车厢不能移动至其倾斜位置。根据图2至图4所示的实施方案，锁定元件40为例如被引入形成附接元件12的环31中的轴的形式。

锁定元件40还可在未锁定位置移动，其中附接元件12不与锁定元件40配合，使得当锁定元件40处于未锁定位置时，车厢可以移动至其倾斜位置。根据一种变型，附接元件12可以在未锁定位置与锁定位置之间移动。锁定元件40例如可以在未锁定位置沿纵向方向平移移动，使得可以从环31中取出轴，如图3所示。当两个纵向构件1设置在车厢上时，车身2包括两个锁定附接件40，两个锁定附接件40各自与一个附接元件12配合。

附接元件12和锁定元件40一起形成将纵向构件1的后端连接至车身2的锁定附接件。这样的锁定附接件在重型货车中也是常规的并且允许防止车厢在车辆正常使用时(例如，在紧急刹车的情况下或在冲击的情况下)移动至倾斜位置。

为此，由附接元件12和锁定元件10形成的锁定附接件被布置成在正面冲击的情况下抵抗沿纵向方向施加在纵向构件1上的外部载荷。抵抗意指锁定附接件在冲击的情况下不会断开，并且由锁定附接件提供的不可移动连接在冲击之后保持在锁定附接件的锁定位置。锁定附接件例如能够抵抗大于80kn的外部载荷且高至140kn的力。

车身2还可以包括用于在锁定附接件处于未锁定位置时使车厢4在正常使用位置与倾斜位置之间移动的装置(未示出)。这样的装置例如由布置在车身2与车厢4之间的一个或更多个活塞装置形成。

现在将描述在对上述重型货车结构的正面冲击的情况下的纵向构件的行为。

在正面冲击的情况下，例如当重型货车撞到墙壁或其他车辆时，冲击发生在重型货车的前端上，尤其发生在纵向构件1的前端6上。

当由于冲击施加至纵向构件的外部载荷等于或超过需要能量吸收的预定载荷时，铰链39断开而锁定附接件保持，如图4所示。因此，纵向构件1变成能够在其前端6与其后端8之间变形的可变形结构，其保持附接至车身2。

由于前部14形成基本上不可变形的结构，因此冲击的能量被传递至纵向构件1的后部18而不使前部14变形。具体地，当前部14包括具有肘形状的第二部24时，第二部24不会变形并且不会使后部18弯曲出其第二纵轴b。如图4所示，由于纵向构件在冲击期间不变形，因此前部空间32在冲击期间保持完整并且驾驶员和乘客得到保护。

由于后部18形成纵向构件1的可延展部分，因此由纵向构件1的前部14传递至纵向构件1的后部18的能量使得后部18沿其第二纵轴b变形。后部的变形更具体地是后部18沿第二纵轴b的压曲。该变形导致后部18沿其纵轴被压溃或压曲并形成折叠部42。由于前部14的第二部24的端部由中间部分16形成并且也位于第二纵轴b上，因此变形沿着第二纵轴b保持。折叠部42允许吸收部分的冲击能量，从而减少了冲击对车厢的影响。纵向构件的后部18的变形导致车厢2的壁在车厢的后部空间34周围变形，如图4的折叠部44所示。因此，后部空间34周围的壁也参与能量吸收。

后部空间34中车厢的变形对于车厢的乘员来说并不危险，因为后部空间34不用于容纳这些乘客。

根据本发明的纵向构件1允许在乘员就座的空间中保护车厢2，同时通过将纵向构件的易延展部分远离冲击点放置而允许吸收未占用空间中的能量，因为所述冲击点直接位于重型货车中乘员就坐的空间前面。

纵向构件特别适合于符合ece(economiccommissionforeurope，欧洲经济委员会)法规ece-r29/03的测试a(或正面冲击测试)的要求。